大型甲醇制二甲醚装置反应器探讨

作者/来源：王小勤 杨靖(四川天一科技股份有限公司 四川 成都 610225)   日期： 2009-04-20   点击率：4117

反应器是甲醇气相脱水制二甲醚装置的关键设备。甲醇气相脱水制二甲醚反应为放热反应，反应热为△H573K= －22.17 kJ/mol。反应特点是，反应温度升高，反应速率高，但甲醇的平衡转化率下降、副反应增加；而反应温度降低，则反应速率低，但甲醇的平衡转化率增加、副反应减少。反应器的结构形式，决定反应温度的控制方式和控制范围，因而对装置的原料消耗、能量消耗以及反应、分离系统的投资都有一定的影响。对于大的反应器，还应考虑反应器的加工、运输、检修和催化剂装卸的可操作性。 从各类文献看，甲醇气相脱水制二甲醚反应器主要采用以下几种形式：绝热式反应器，管壳式反应器，冷管式反应器和直接冷激式反应器［1，2］。下面分别介绍。 1  绝热式反应器 普通的绝热式反应器结构简单，如图1所示，往往成为首先选择的反应器型式。但这种反应器在反应过程中无法与外界进行热交换，反应放出的热量将全部用于升高反应气流的温度，因气体的热容很小，当反应的热效应较大时，这种结构的反应器缺点比较明显。一些二甲醚装置采用此类反应器，从装置运行情况看，如果装置运行平稳，反应器的温升稳定；如果装置略有波动，比如进料流量变化、加热蒸汽流量变化或系统压力变化等，反应器的平衡很容易被破坏，就会出现温度波动现象，操作难度增加。对于甲醇气相催化反应生成二甲醚的反应，实验数据表明，370 ℃是一个关键温度点，当床层温度低于370 ℃时，副反应很少，二甲醚选择性较高；当床层温度高于370 ℃时，副反应量迅速增加，二甲醚选择性降低。若用这类反应器，床层的操作温度一般在370～400 ℃之间，这样二甲醚的选择性相对要低一些。由于不易控制反应的温升，通常采用不锈钢作为反应器材料。二甲醚装置中较少用此类反应器，大部分都采用改进后的反应器。 对反应物进行稀释以降低绝热温升是解决上述问题常用的方法之一，但这种方法会降低反应器的生产强度，增加过程的能耗。甲醇制二甲醚装置一般不采用此方法。更常用的方法是把催化剂分为若干段，在段间进行热交换，使反应物流在进入下一段床层前降到合适的温度。段间换热可以采用热交换器，也可以采用在段间引入冷反应物或某种惰性载热体的方式来降低反应物流温度，这就是管壳式反应器和冷管式反应器。 图1  绝热式反应器示意图 2  管壳式反应器 管壳式反应器又名列管式反应器，其结构较绝热式反应器复杂得多。结构示意见图2。这种反应器由多根管径通常为25～50 mm的反应管并联构成，管数可能多达万根以上。该类反应器通常管内装填催化剂，管间走导热油或蒸汽，以移走反应热。管壳式反应器内一边进行反应一边进行换热，反应器的温....